民用航空制造中鋼的熱處理及其審核簡介

摘要：鋼是工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛的金屬，按照化學(xué)成分分為碳鋼和合金鋼。其顯微結(jié)構(gòu)復(fù)雜，熱處理工藝繁多，但大致分為退火、正火、淬火、回火四種基本工藝。目前高強度合金鋼主要用來制造受力最大的重要的飛機結(jié)構(gòu)件，如起落架、機翼大梁、翼梁與機身連接處的重要連接件、螺栓等。民用航空零件制造過程中鋼的熱處理過程屬于特殊工藝，對其加工工藝需做過程控制，工藝審核過程中需對與鋼的熱處理過程進(jìn)行的審核主要包括，人員資質(zhì)，工裝及設(shè)備，原材材料的符合性，工藝指導(dǎo)文件的符合性，測試過程的符合性。

關(guān)鍵字：民用航空;鋼，熱處理;審核

一.鋼的分類

按照化學(xué)成分鋼分為碳鋼和合金鋼。其中碳鋼由生鐵冶煉獲得，主要成分為鐵、碳，含有錳、硅、硫、磷等少量雜質(zhì)元素。為了改善鋼的機械性能或使其具有某些特殊性能，在碳鋼基礎(chǔ)上有目的地加入某種或某幾種合金元素而得到合金鋼。合金元素溶于碳鋼的鐵素體中，具有明顯的強化作用，可以提高鋼的強度和硬度。合金元素對于鋼性能的能影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：a） 增加鋼的淬透性，故重要的結(jié)構(gòu)零件都選用合金鋼。b） 提高淬火鋼的回火抗力，可使鋼在調(diào)質(zhì)處理后獲得更好的機械性能，即在較高的回火溫度下仍能保持高的硬度與強度。c） 改變碳鋼的平衡組織，使得合金鋼具有某些特殊性能，如良好的低溫性能，耐熱性能，抗腐蝕性等。

航空工業(yè)中鋼主要用來制造受力結(jié)構(gòu)件、鏈接件、緊固件和彈性件等。它具有高的比強度，良好的疲勞性能和工藝性能，且價格低廉。在載荷一定的條件下，鋼制零件與其他材料零件相比，體積小，穩(wěn)定性號，因此結(jié)構(gòu)鋼在航空材料中占有十分重要的地位【1】。不銹鋼是指能耐空氣、水、鹽的水溶液、酸以及其他腐蝕介質(zhì)的腐蝕，具有較高化學(xué)穩(wěn)定性的鋼種系列。航空用材料中奧氏體不銹鋼和馬氏體不銹鋼使用較為頻繁。

二.鋼的熱處理簡介

鋼是工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛的金屬，顯微結(jié)構(gòu)復(fù)雜，熱處理工藝繁多，大致分為退火、正火、淬火、回火四種基本工藝。熱處理工藝即為加熱、保溫、冷卻過程。金屬加熱時，工件暴露在空氣中，常發(fā)生氧化、脫碳（即鋼鐵零件表面碳含量降低），這對于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應(yīng)在可控氣氛或保護氣氛中、熔鹽中和真空中加熱，也可用涂料或包裝方法進(jìn)行保護加熱。加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之一，選擇和控制加熱溫度，是保證熱處理質(zhì)量的主要問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異。另外轉(zhuǎn)變需要時間，因此當(dāng)金屬工件表面達(dá)到要求的加熱溫度以后，還須在此溫度保持一定時間，使內(nèi)外溫度一致，使顯微組織轉(zhuǎn)變完全，這段時間稱為保溫時間。冷卻也是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快，但還因為鋼種不同而有不同的要求。

三.鋼在民用航空產(chǎn)品中的應(yīng)用

目前高強度合金鋼主要用來制造受力最大的重要的飛機結(jié)構(gòu)件，如起落架、機翼大梁、翼梁與機身連接處的重要連接件、螺栓等。現(xiàn)代高速民航客機上，采用高強度合金鋼零件是在滿足強度要求的基礎(chǔ)上，基于重量和經(jīng)濟因素考慮的。比如在起落架上，通過使用這種高性能合金鋼材料，可以在設(shè)計上將減震支柱的直徑減小，將螺栓和銷子的設(shè)計尺寸減?。p小了連接空間），以及將輪軸梁的設(shè)計尺寸和輪軸設(shè)計直徑減小，從而將對機體空間的要求減至最小。在大翼的后緣襟翼部位，由于結(jié)構(gòu)上相對較薄，而且承擔(dān)增升的重要作用，所以采用高強度合金鋼來制造襟翼滑軌、襟翼滑架和襟翼作動組件，能夠在滿足受力的情況下提供很好的后緣氣動力外形。除此之外，在飛機上主要承力點的連接接頭多使用高強度合金鋼的連接螺栓。

四.民用航空制造領(lǐng)域特種工藝的定義、審核要求

鋼的熱處理過程屬于特種加工。AS9100（2015）民用航空、航天和國防組織的質(zhì)量管理體系要求（Quality Management Systems- Requirements for Aviation， Space， and Defense Organizations）中對特殊過程的定義和要求為，8.5.1節(jié) “生產(chǎn)和服務(wù)提供的控制 組織應(yīng)在受控條件下進(jìn)行生產(chǎn)和服務(wù)的提供。適用時，受控條件應(yīng)包括：f）若輸出結(jié)果不能由后續(xù)的監(jiān)視或測量加以驗證，應(yīng)對生產(chǎn)和服務(wù)提供過程實現(xiàn)策劃結(jié)果的能力進(jìn)行確認(rèn)，并定期在確認(rèn)，這些過程可以稱之為特殊過程?！?.5.1.2節(jié) “特殊過程的確認(rèn)和控制 對于產(chǎn)生的輸出不能由后續(xù)的監(jiān)視或測量加以驗證的過程，組織應(yīng)建立對這些過程的安排，使用時包括：a）規(guī)定過程評審和批準(zhǔn)的準(zhǔn)則;b）確定保持批準(zhǔn)的條件;c）設(shè)施和設(shè)備的批準(zhǔn);d）人員的資格;e）使用特殊方法和程序?qū)嵤┖捅O(jiān)控過程;f）保留成文信息的要求?！?/p>

五.鋼的熱處理審核過程中的審核要點

對與鋼的熱處理過程進(jìn)行審核主要包括通用部分審核和具體工藝過程審核。針對通用要求部分，應(yīng)檢查該工藝的通用要求，如每天按要求實施壓縮空氣檢查，設(shè)備每日點檢是否按時進(jìn)行，所用工藝是否經(jīng)過客戶批準(zhǔn)。

工藝相關(guān)審核包括從事該工藝相關(guān)人員資質(zhì)，工裝及設(shè)備，原材料及輔助材料，工藝文件的符合性，測試過程的符合性要求。其中，進(jìn)行特殊過程操作和檢驗的人員在從事相應(yīng)特殊生產(chǎn)過程前應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)培訓(xùn)，考核結(jié)果符合要求后方可上崗。培訓(xùn)一般包括理論培訓(xùn)和實操培訓(xùn)，結(jié)果作為證據(jù)需保留。審核過程需對相關(guān)操作和檢驗人員的培訓(xùn)過程，培訓(xùn)資料的保存和使用，培訓(xùn)結(jié)果的獲得等進(jìn)行檢查。對于原材料和輔助材料的要求，在入廠時應(yīng)根據(jù)需求做入廠驗收，并保留證據(jù)。如部分材料入廠時僅需核實其出廠合格證，及出廠檢驗報告等供應(yīng)商提供的資料。對于重要的原材料，則需在核實供應(yīng)商提供資料基礎(chǔ)上做廠內(nèi)接受檢驗，如硬度、電導(dǎo)率、強度、化學(xué)成分分析等，并保留資料作為證據(jù)。工藝文件作為現(xiàn)場操作的指導(dǎo)性文件，生產(chǎn)前應(yīng)核實其有效性，以及與工程文件的符合性。作為技術(shù)文件，其版本有效性尤其需要關(guān)注，在工程文件更改后，修改或新增要求是否傳遞到現(xiàn)場操作文件中，生產(chǎn)開始前的準(zhǔn)備工作中需進(jìn)行核實。

鋼的熱處理過程中使用的工裝工具較為簡單，對其日常維護情況需進(jìn)行審核。加工設(shè)備應(yīng)進(jìn)行計量，精度滿足工藝要求【2】。對于私用空氣爐進(jìn)行熱加工的材料，需預(yù)留加工余量，以滿足加工后去除氧化皮的需要。對于精加工零件需在真空爐或保護環(huán)境中進(jìn)行加工，以防止零件氧化。對于不同加工氛圍，需在生產(chǎn)記錄中進(jìn)行明確。生產(chǎn)記錄應(yīng)準(zhǔn)確記錄生產(chǎn)過程中重要的參數(shù)，如加工設(shè)備編號，加熱開始結(jié)束時間，保溫時間，保溫溫度，淬火介質(zhì)等。

總之鋼的熱處理是一個非常復(fù)雜的過程，需對其進(jìn)行過程監(jiān)控，并保留成文信息以備審核，且對于零件相關(guān)重要資料的保存需按要求長期保存或與飛機同壽命。

參考文獻(xiàn)：

【1】《中國航空材料手冊 結(jié)構(gòu)鋼 不銹鋼》，中國航空材料手冊編輯委員會，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1988年9月第一版，P5，）

【2】民用航空熱加工設(shè)備的高溫測量，崔玉卉、王偉、吳岳明、景坤，上海交通大學(xué)出版社，2017年6月第一版